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铅积累和定位的早期反应特征柳树babylonical .根

摘要

背景

铅(Pb)是一种有害污染物,会破坏从细胞到器官的正常功能。柳树babylonica其特点是生物量生产力高,蒸腾速率高,Pb种类特异性强。更好地了解铅在植物茎和根中的积累和运输能力美国babylonica, Pb的毒性作用和Pb的亚细胞分布非常重要。

结果

各浓度铅对根、芽生长均有抑制作用。根据电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)的结果,美国babylonica在整个实验过程中,各处理组的易位因子(TF)值均为> 1,可以认为是一种具有较大植物提取潜力的植物。Leadmium™Green AM染料测试结果表明,Pb离子首先进入延伸区细胞并在该区域积聚。然后,离子逐渐在分生组织区积累。Pb暴露24 h后,Pb在分生组织区积累。扫描电镜(SEM)和能量色散x射线分析(EDXA)结果证实了荧光探针的观察结果,并表明Pb定位于细胞壁和细胞质。在成熟区横切面上,表皮细胞细胞壁和细胞质中Pb含量较皮层细胞和血管细胞最低,且皮层细胞中Pb含量从表皮到维管柱呈上升趋势。分生组织横切面细胞壁和细胞质中铅的含量也有相似的结果。采用碘化丙啶(PI)染色法检测了铅胁迫对根细胞的损伤,这与不同部位的铅吸收结果一致美国babylonica铅胁迫下的根系。

结论

美国babylonical是一种具有较强的铅积累和耐铅潜力的植物。本文研究了铅在土壤中的积累和定位美国babylonica根系可以进一步了解Pb诱导的毒性及其耐受机制,为其他木本植物在Pb胁迫下的植物修复研究提供有价值的科学信息。

背景

如今,工业化和人类活动的迅速发展,如铅矿的开采和冶炼,导致环境铅污染并进入食物链,对植物和人类的健康都有很大的风险[12].因此,铅污染已成为当今一个严重的社会问题[3.].在所有重金属中,Pb的毒性仅低于As [4].它不仅对植物的生长不是必需的,而且对植物的新陈代谢往往是有毒的。铅破坏了从细胞到器官水平的正常功能,如铅诱导叶片中根尖分生细胞和保护细胞的损伤,扰乱叶绿体、线粒体、核仁和液泡的功能[5678].有证据表明,铅在植物组织中容易被吸收、转化和积累,其中根系是主要的积累部位[9101112].积累的铅大部分限制在根内,只有一小部分被运输到植物的地上部分[1314].先前的报道表明,铅毒性与诱导低有丝分裂指数、有丝分裂障碍、可见的叶绿体改变、植物细胞畸形、线粒体系统异常、细胞壁向内内陷、质膜扭曲、超大液泡和不规则的质球蛋白形成有关[151617181920.21].

杨柳科家族包含柳树(杨柳)和杨树(杨树)属,由几种木本树种和杂交组成。其中许多已经适应了特定的生态位,例如营养不良、干燥、潮湿或被金属污染的地方[2223].杨柳生物量高,易积累和转运重金属,是优良的植物修复树种[24252627].美国babylonica是一种生长在广泛气候条件下的柳树品种,是中国栽培最广泛的柳树品种之一[28].本种具有易繁殖、易栽培、生长快、生物量大、根系深等特点,是微量金属污染土地植物修复的首选树种[2328].一项早期研究报告称美国babylonica对铅的耐受性和蓄积性,表明其在修复铅污染方面具有相当大的潜力[29].然而,在这方面所知甚少。

植物修复是一种经济的方法,它利用植物在其组织中积累的潜力来转化或消除环境污染物,是一种廉价的替代方法,可以补充常见的传统方法[30.31].植物提取的成功与否主要取决于对天然高产植物的鉴定、植物对重金属积累和转运的能力以及对高浓度重金属的耐受性[32].更好地了解重金属在植物中的吸收、积累、运输和分布以及对组织、器官和细胞的毒性作用是必要的,也是非常重要的。

在目前的调查中,早期的反应美国babylonica采用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)、荧光标记、碘化丙啶(PI)染色、扫描电镜(SEM)和能量色散x射线分析(EDXA),研究了不同浓度铅对根系吸收积累、亚细胞分布以及铅对植物生长和细胞损伤的毒害作用。这些数据对进一步了解木本植物在铅胁迫下的铅毒性及其耐受机制具有重要意义。

结果

铅对幼苗生长的影响

铅的影响美国babylonica7 d后,不同Pb浓度下根系生长变化(图;1).与对照相比,Pb对根、芽的抑制作用显著(p< 0.05)。数据还显示,根和茎长均显著减少(p< 0.05)。

图1
图1

铅的影响美国babylonica在0、1、10、50、100 μmol/L Pb胁迫下处理7 d,根系和茎长。不同字母表示显著差异(n= 10,p< 0.05)

Pb积累

ICP-AES测定结果表明美国babylonicaPb溶液处理7 d后根系显著增加(p与对照相比< 0.05),且随着Pb浓度(1、10、50和100 μmol/L)的增加呈逐渐增加的趋势(表2)1).茎叶铅含量与根系铅含量变化趋势相同。幼苗中铅的积累量高于根系。100 μmol/L Pb处理7 d后,根系Pb积累量为组织干重的78.78±0.34 μg/g,茎部Pb积累量为组织干重的151.37±0.16 μg/g。

表1不同铅含量美国babylonica器官暴露在不同浓度的铅中7 d

同时计算了各处理的转运因子(TF)美国babylonica铅胁迫下的嫩枝和根。在1 μmol/L和10 μmol/L Pb处理下,TF值最高,且随着Pb浓度的增加,TF值呈下降趋势(表2 - 4)1).但在整个实验过程中,所有治疗组均观察到TF值> 1(表1)1).

铅对细胞损伤的影响

为了研究铅对根尖细胞损伤的毒性作用,用PI染料在根尖纵切面上观察死亡细胞美国babylonica根尖暴露在0、1、10、50、100 μmol/L Pb中3、6、12、24 h。2模拟)。红色荧光是细胞损伤的指示物。的根尖美国babylonica,不同处理时间不同浓度的Pb对细胞损伤程度有影响(图;2模拟)。对照根中未观察到显著的红色荧光信号(图2)。2A1-D1)。1 μmol/L Pb和10 μmol/L Pb处理12 h后,根尖细胞逐渐出现微弱的红色荧光标记(图2)。2C2, C3), 50 μmol/L Pb作用6 h(图;2B4), 100 μmol/L Pb作用3 h(图;2A5),表明Pb暴露后3 h即可诱导细胞损伤。随着铅浓度的增加和暴露时间的延长,荧光强度更加明显。100 μmol/L Pb处理的根尖细胞荧光最强;荧光密度分析的数据证实了这些发现(图。3.).随着Pb浓度和处理时间的增加,细胞损伤显著增加(p< 0.05)。在美国babylonica根尖,Pb的积累和位置及细胞死亡的分布基本相同。结果表明,处理后,细胞损伤分布在不同根区美国babylonica100 μmol/L Pb胁迫3、6、12和24 h(图;4).与分生组织区和成熟区相比,Pb暴露3 ~ 12 h后,延伸区细胞坏死程度明显升高(p< 0.05)。100 μmol/L Pb处理24 h后,分生组织区坏死细胞数量显著增加(p与延伸区和成熟区相比< 0.05)。

图2
figure2

的显微图美国babylonica在不同Pb浓度(0、1、10、50、100 μmol/L)的处理时间(0、3、6、12、24 h)下,对纵向根尖进行PI染色。A1-D1: 3、6、12、24 h无Pb对照;A2-D2: 1 μmol/L Pb作用3、6、12、24 h;A3-D3: 10 μmol/L Pb作用3、6、12、24 h;A4-D4: 50 μmol/L Pb作用3、6、12、24 h;A5-D5: 100 μmol/L Pb作用3,6,12和24 h。比例尺= 1毫米

图3
图3

用Image J分析1、10、50、100 μmol/L Pb胁迫下根系纵截面3、6、12、24 h PI荧光密度。竖条表示东南方向。不同字母表示显著差异(p< 0.05)

图4
装具

图像J检测PI荧光密度在不同区域的分布美国babylonica100 μmol/L Pb处理3、6、12、24 h。竖条表示东南方向。不同字母表示显著差异(p< 0.05)

成熟区横切面可见细胞损伤美国babylonica根暴露在0、1、10、50或100 μmol/L Pb中24 h(图2)。5a e)。在对照根尖细胞中,观察到非常微弱的红色荧光,表明正常植物生长过程中细胞有少量损伤(图2)。5a). 1 μmol/L Pb处理24 h后,与对照相比,细胞红色荧光增强,表明Pb诱导死亡细胞增多美国babylonica根(图。5b).这种毒性作用随着铅浓度的增加而增加(图。5一部)。在低Pb浓度(1 μmol/L)下,低水平荧光强度主要集中在表皮和表皮附近的皮层细胞(图2)。5b).随着铅浓度的增加,观察到强烈的红色荧光。10 μmol/L铅对根维管柱附近皮层细胞的损伤有毒害作用(图5)。5C). 50 μmol/L和100 μmol/L Pb处理的根皮层细胞荧光强度均增强(图;5d, e).荧光密度分析显示,pb诱导的细胞在横切面有明显损伤美国babylonica铅胁迫下的根系(p< 0.05);这种毒性作用随着铅浓度的增加而增加。6).

图5
figure5

的显微图美国babylonica在不同浓度Pb(0、1、10、50、100 μmol/L)胁迫下,对根系成熟区横切面进行PI染色处理24 h。比例尺= 200 μm。一个:控制;b: 1 μmol/L Pb;c: 10 μmol/L Pb;d: 50 μmol/L Pb;e: 100 μmol/L Pb

图6
figure6

1、10、50、100 μmol/L Pb胁迫下根系成熟区横切面PI荧光密度分析竖条表示东南方向。不同字母表示显著差异(p< 0.05)

铅在根尖的分布

铅的分布美国babylonica使用铅特异性的Leadmium Green AM染料探针将根尖暴露在0、1、10、50或100 μmol/L Pb中3、6、12和24 h。由于铅特异探针Leadmium™green AM溶液的作用,荧光染料在铅处理过的根的根尖细胞中显示出明亮清晰的绿色荧光(图2)。7模拟)。对照组根尖未检测到明显的绿色荧光信号(图2)。7A1-D1)。在10、50、100 μmol/L Pb胁迫下,根尖细胞首先出现微弱的绿色荧光信号。7A3-A5)与对照组相比。1 μmol/L Pb处理6 h后,根系也出现了这种现象。7B2)。这些数据表明,Pb可以在3 h后进入根细胞。根尖细胞的标记随着铅浓度的增加和暴露时间的延长而增加。当Pb浓度为100 μmol/L时,根尖细胞的荧光最强7A5-D5)。荧光密度分析证实了上述观察结果(图。8).Pb在3个带的分布美国babylonica通过Image J分析100 μmol/L Pb处理3、6、12、24 h后的结果。9).Pb处理12 h后,3个区根系的Pb含量差异显著(p< 0.05),依次为:延伸区>分生区>成熟区。暴露24 h后Pb含量顺序为:分生组织区>延伸区>成熟区。结果表明,铅的吸收和积累主要集中在分生组织和伸长区。这些结果在Pb损伤的根细胞中表现出相同的趋势。4).

图7
figure7

的显微图美国babylonica在不同Pb浓度(0、1、10、50、100 μmol/L)处理时间(3、6、12、24 h)的根纵截面上,分别用铅酸铅(Leadmium Green AM染料)染色。a1-d1:无铅对照组3、6、12、24 h;a2-d2: 1 μmol/L Pb作用3、6、12、24 h;a3-d3: 10 μmol/L Pb作用3、6、12、24 h;a4-d4: 50 μmol/L Pb作用3、6、12、24 h;a5-d5: 100 μmol/L Pb作用3、6、12、24 h。比例尺= 1毫米

图8
figure8

Image J检测了0、1、10、50或100 μmol/L Pb预处理3、6、12和24 h的根纵截面上Leadamium™Green AM染料荧光密度。竖条表示东南方向。不同字母表示显著差异(p< 0.05)

图9
figure9

100 μmol/L Pb处理3、6、12和24 h后,根尖纵切面分生组织、延伸区和成熟区荧光密度的分布

Pb的亚细胞定位

扫描电镜(SEM)和EXDA结果表明,铅在细胞中的定位美国babylonica根尖细胞暴露于50 μmol/L Pb环境中24 h,以及Pb在特定部位定位的wt%。在纵向切片上,铅离子分布在植物的分生组织、延伸区和成熟区美国babylonica暴露于铅的根冠。Pb水平依次为:分生组织区(2.38 wt%) >延伸区(1.37 wt%) >成熟区(1.10 wt%) >根冠区(1.05 wt%)(图2)。10).这些发现表现出与铅特异性铅绿AM染料探针观察到的相同的趋势。在成熟区横切面上,表皮、皮层和维管柱很容易区分。11a). EDXA光谱显示,Pb胁迫后,Pb分布在表皮、皮层和维管柱中。在这些组织细胞中,铅在细胞质和细胞壁均有分布。表皮细胞细胞壁和细胞质中铅含量较皮质细胞和血管细胞最低。Pb含量由高到低依次为:表皮细胞<皮质细胞<血管细胞。11b-f)。值得注意的是,从表皮到维管柱的皮层细胞中,铅含量呈上升趋势。11一部)。Pb水平的排列顺序如下:靠近维管束的皮层细胞>皮层细胞位于表皮之间,靠近维管柱的>皮层细胞位于表皮附近。11一部)。分生组织横切面原皮层、基部分生组织和原形成层的铅含量与顶端分生组织的铅含量基本相同(图2)。12a).细胞壁和细胞质中Pb含量的顺序为:原形成层>地分生组织>原皮(图;12b-f)。从原皮层到原形成层,地面分生组织细胞壁和细胞质中Pb含量逐渐增加(图2)。12一部)。Pb水平的变化顺序为:靠近原皮层的地面分生组织细胞<从原皮层到原形成层的地面分生组织细胞<靠近原形成层的地面分生组织细胞。这些结果表明,在地上分生组织和原皮层中,细胞壁是铅的主要储存部位。此外,原形成层细胞质中Pb含量高于地面分生组织和原皮组织。从横切面上看,成熟区铅含量低于分生区。

图10
图10

50 μmol/L Pb处理24 h后,根尖细胞不同区域的扫描电镜和Pb定位。一个:完整的根(比例尺= 1 mm),b:根冠(比例尺= 200 μm),c:分生组织区(比例尺= 200 μm),d:延伸区(比例尺= 500 μm),e:成熟区(比例尺= 500 μm)。分析地点;x轴能量[keV]

图11
figure11

50 μmol/L Pb处理24 h根系成熟区细胞横切面扫描电镜和Pb定位。一个:成熟带横切面(比例尺= 500 μm),b:表皮细胞(比例尺= 20 μm),c- - - - - -e:皮层细胞(比例尺= 20 μm),f:血管细胞(比例尺= 20 μm)。*细胞壁,细胞质,E:表皮,C:皮层,V:维管柱

图12
figure12

根分生组织区细胞在50 μmol/L Pb作用24 h的扫描电镜和横切面上的铅定位。一个:分生组织区横切面(比例尺= 200 μm),b:原真皮(比例尺= 20 μm),一部:地面分生组织(比例尺= 20 μm),f:原形成层(比例尺= 20 μm)。*细胞壁,细胞质,P:原真皮,G:磨碎分生组织,Pc:原形成层

讨论

根据Buscaroli的说法[33],铅从根向笋的运输是铅植物提取的关键步骤。最受认可的标准标准是基于BCF(生物浓度因子)或TF作为不同植物物种的植物修复潜力的指示。BCF或TF值≥1的植物被认为是超蓄积物,是植物提取的潜在候选者,值< 1的植物被认为是不适合植物提取的金属排除物[1133].值得注意的是,Pb的TF值> 1美国babylonica在整个实验过程中,所有处理组均观察到从根到芽的变化,因此美国babylonica可以认为是一种具有很大植物提取潜力的植物。这里的数据表明了这一点美国babylonica具有吸收和积累Pb的能力。TF值> 1,也就是说,大量的Pb从根部运输到嫩枝,这与其他植物不同,包括大蒜萝藦芸苔属植物junceaNeyraudia reynaudiana,以及其他一些柳树无性系,在这些无性系中,Pb离子大量积聚在根部,少量在Pb胁迫后运输到枝条[1314253435].然而,一些研究报告了利用农作物和森林植物,包括杨树和柳树,来清除受污染土壤中的重金属[2223263637383940].其他研究表明,超富集物,即从土壤中积累重金属到其芽中的植物,在植物提取中非常有用。2336].在这项研究中,美国babylonica用于评估其对TF > 1的能力,表明美国babylonica被认为是一种极具积累铅潜力的植物。这些结果与钱德拉塞卡和雷[11].铅的积累美国babylonica这里比这三种植物低得多(墨旱莲prostrata(l)lScoparia dulcisl .,菲niruriL.)钱德拉塞卡和雷[41],这可能与铅处理方法、铅浓度和处理时间的不同有关。王等。[42]表明,植物在生根前通过在扦插中积累重金属,提前适应并提高了对重金属的耐受性,从而实现了从地下向地上的转运。此外,还需要进行更多的研究来进一步证实美国babylonica金属污染的植物修复。

根系直接接触土壤系统中的铅等重金属,对环境胁迫敏感。根顶端分生组织通过激活其他植物器官的信号级联,在即时应激反应中起着至关重要的作用[15].过量的铅会污染环境,抑制植物生长。因此,了解铅在根部位的吸收和积累,评估铅在植物根尖细胞中的毒性作用机制及其对根生长和细胞损伤的影响是非常重要的。在本研究中,经过短时间的暴露期,结果表明与对照相比,Pb可以抑制生长美国babylonica且随着Pb浓度的增加,抑制作用增强,这与Jiang等的研究结果一致。[15],可汗等。[18],刘等。[34], Wierzbicka [43]、蒋和刘[44].然而,在田间条件下评估Pb污染的长期生态风险还需要进一步的研究。

荧光铅试剂在植物研究中很少使用,然而,铅绿AM染料已成功用于检测植物根中的铅[15].铅的吸收美国babylonica本研究使用铅敏感的Leadmium™Green AM染料对根细胞进行了研究。的分生组织区观察到绿色荧光,代表染料与铅的结合美国babylonica在铅胁迫下。早期研究表明,植物根的分生组织是对铅毒性最敏感的部位之一[43].本研究结果表明,Pb离子在接触Pb后首先在根尖伸长区积累,在长期接触后逐渐向分生组织区转运,表明植物根尖分生组织是Pb的靶区。在美国babylonica铅胁迫下,铅绿AM染色数据与PI染色数据非常相似,说明铅胁迫下根系的铅积累与细胞死亡之间存在显著相关性。这里的结果支持先前的观察,即Pb在几小时内被吸收答:cepa暴露于Pb的根细胞[1543].rucizynka - sobkowiak等人[45]的结果表明,Pb的积累导致根冠附近的根尖分生组织增大,导致细胞壁增厚,液泡中细胞数量增加,说明了植物对Pb胁迫的耐受力。

PI是一种插层剂和荧光分子,用于染色DNA,研究重金属对植物根系细胞膜的损伤。PI进入细胞的数量可以反映细胞膜的损伤程度和细胞膜完整性的形态变化[4647484950].在本研究中,铅对受损细胞膜的毒性作用美国babylonica根尖细胞,PI染色证实。100 μmol/L Pb处理3 h后,观察到的细胞损伤主要集中在根尖的分生组织和伸长区(图2)。4).PI染色数据与不同区域的铅吸收观测值一致美国babylonica铅胁迫下的根系。在重金属胁迫下,活性氧(ROS)的产生也增加。ROS与各种细胞成分相互作用,导致核酸、蛋白质、糖和脂类的氧化损伤,进而对细胞膜造成氧化应激[50].在Pb胁迫下,ros诱导的氧化应激导致细胞膜脂质过氧化,进而产生丙二醛(MDA) [1751].铅对根系细胞的损伤可能是由于铅引起细胞膜脂质过氧化和氧化损伤,导致膜脂双分子层通透性和流动性改变,改变细胞完整性。因此,ros诱导的细胞损伤会导致局部程序性细胞死亡,通常会影响植物的生长发育。

EDXA是一种分析技术,用于亚细胞水平分析生物标本中元素的定位[4852].在本研究中,纵向切片的EDXA显示Pb离子在分生组织、延伸区和成熟区积累美国babylonica根尖暴露于Pb环境中,Pb的积累和分布趋势与荧光探针结果一致。此外,细胞壁被认为是主要的铅积累点,其次是细胞质。细胞壁是重金属进入细胞的第一道屏障。植物通过与细胞壁结合来降低铅的毒性,这是植物耐铅的机制之一。在横切面上,与成熟区相比,分生组织区铅含量较高,支持Eun等人的发现。[53],表明Pb在异体和同质体中都有积累,且以根分生组织中Pb含量最高。根毛只位于根系成熟区,大大增加了吸收表面积,使渗透作用时更有效地吸收水和矿物质。铅离子进入根部后,穿透皮层组织,转移到地上组织。这就解释了为什么成熟区铅含量较分生组织区低。此外,结果表明,Pb水平的顺序为:表皮细胞<皮质细胞<血管细胞(图2)。11b-f),这说明Pb很容易通过维管组织从根部转移到地上部分。与成熟区相比,分生组织区铅含量较高美国babylonica根尖分生组织是铅积累和毒性的靶点。分生组织细胞小,壁薄,无分化。因为这些细胞还没有分化,它们的运输能力很差。因此,过量的铅很容易破坏细胞结构,从而诱导低有丝分裂指数和抑制大受损细胞的产生美国babylonica幼苗。

结论

根据本次调查的结果,我们可以得出以下结论。在Pb胁迫下,Pb离子首先进入延伸区细胞,并逐渐在分生组织区积累,主要定位于细胞壁,然后定位于细胞质。与皮层细胞和血管细胞相比,表皮细胞的铅含量最低,且皮层细胞从表皮到维管柱有升高的趋势。PI染色检测铅胁迫下根系细胞损伤情况与不同部位铅吸收情况一致美国babylonica通过扫描电镜和EDXA分析Pb胁迫下的根系。100 μmol/L Pb处理7 d后,根系Pb积累量为组织干重的78.78±0.34 μg/g,茎部Pb积累量为组织干重的151.37±0.16 μg/g。各处理组TF值均为> 1,但Pb对根茎生长有抑制作用。基于这些特征,美国babylonica经过短期研究,认为植物提取铅具有很大的潜力。研究结果将有助于更好地了解植物对铅的抗性和耐受机制,为其他木本植物在铅胁迫下的修复研究提供有价值的科学信息。然而,在更高浓度的铅处理下,铅的长期积累和分布还需要进一步的研究。

方法

植物材料和生长条件

美国babylonica本实验所用的农药由中国西北农林科技大学张文辉教授鉴定并提供。实验材料的收集符合机构、国家或国际准则。1岁幼畜健康木本扦插(25厘米长)美国babylonica在中国天津师范大学校园里生长的嫩枝被收集起来,并在装有蒸馏水的塑料桶中生根。将7 d生生根的木本扦插转移到含0、1、10、50、100 μmol/L Pb的半强Hoagland营养液中培养7 d3.2, 5毫米知3., 1mm KH2阿宝4, 1 mM MgSO4, 50 μm h3.3., 10 μM FeEDTA, 4.5 μM MnCl2, 3.8 μM ZnSO4, 0.3 μM CuSO4, 0.1 μM (NH467O24调整到pH值5.5。对照苗仅在营养液中生长。溶液用水族箱气泵连续充气。试验在26/18°C(白天和黑夜),65-75%湿度条件下,光照/暗光照14/10 h的温室中进行。树根被保护起来,不受阳光直射。铅以硝酸铅的形式供应[Pb (NO3.2].所有处理均进行三次。TF计算公式如下[41]:

$$ \mathrm{TF}=\frac{\mathrm{金属}\kern0.5em \mathrm{in}\kern0.5em \mathrm{shoot}}{\mathrm{金属}\kern0.5em \mathrm{in}\kern0.5em \mathrm{root}}\kern0.5em \mathrm

铅的测定

对照组和试验组分别以0、1、10、50、100 μmol/L Pb胁迫7 d,随机采收。为去除根部表面的微量营养物质和铅离子,用自来水冲洗根部样品30分钟,20 mM乙二胺四乙酸二钠(Na2-EDTA)浸泡10分钟,去离子水浸泡3分钟。植物组织分为根和芽(即叶子、新茎和老茎)。根在45°C下干燥72小时,80°C下干燥24小时,105°C下干燥12小时,然后用切割机研磨(IKA-Werke GmbH & CO. KG, Staufen, Germany)。称重后,用HNO的混合物消化干根材料(0.2 g)3.和HClO4(4:1, v/v)在160°C。干燥的植物样本采用湿法消化制备[34].干灰化后,使用ICP-AES (Leeman Labs Inc., Hudson, NH, USA)分析Pb浓度。

PI染色

美国babylonica将不同Pb浓度(0、1、10、50、100 μmol/L)的根尖暴露在3、6、12、24 h中,用磷酸盐缓冲生理盐水(PBS, pH 7.0)冲洗3次。样品用1 mmol/L PI (Sigma-Aldrich, Buchs, Switzerland)在25℃的黑暗环境中浸泡8分钟,然后用磷酸盐缓冲液(50 mmol/L, pH 7.8)彻底清洗。根据Zou等人的方法[54],采用Eclipse 90i激光共聚焦扫描显微镜(Nikon Corp., Tokyo, Japan)对样品进行检测,最大激发设置为535 nm,荧光发射设置为617 nm。由于PI对完整细胞膜的穿透性极低,因此只能在受损细胞的细胞核中观察到PI触发的红色荧光。红色荧光是细胞损伤的指示物[5054].荧光密度分析使用Image J软件中的“Analyze and Measure”功能(NIH, Bethesda, MD, USA)。

铅的荧光标记

美国babylonica将根尖置于不同Pb浓度(0、1、10、50、100 μmol/L)的EDTA溶液中浸泡3、6、12、24 h2-EDTA, 20 mmol/L),用自来水冲洗15分钟。然后,根尖用去离子水冲洗3次。然后,根据制造商的说明,使用铅特异性探针Leadmium™Green AM溶液(Molecular Probes, Invitrogen, Carlsbad, CA, USA)对实验根和对照组根进行40°C黑暗中90分钟的染色,以可视化铅的吸收和分布[55].由于铅特异性探针Leadmium™green AM溶液,完整的细胞显示出绿色荧光。利用Image J软件中的“Analyze and measurement”功能分析荧光密度,评价Pb在完整根系中的分布。使用尼康Eclipse 90i共聚焦激光扫描显微镜观察制备的样品,激发镜为488 nm,阻挡镜为590/50 nm。

SEM和EDXA样品制备

从冻干根系材料中测定了实验植物的元素分布和组成。美国babylonica50 μmol/L Pb处理24 h后,根系从Pb (NO3.2溶液和彻底清洗。从根尖切下1厘米长的样品,浸泡在20mm EDTA-NO中2用ddH冲洗三次2O 10分钟。用PBS (pH值7.2)清洗材料3次10分钟。根据Shi等人的方法[52],根尖在液氮中快速冷冻,并在真空中冻干。采用Emitech K550X溅射/涂布机(Quorum Group, London, England)对根部样品进行镀金。使用FEI Nova NanoSEM 230 (FEI公司,俄勒冈州,美国)和Genesis Apollo 10 EDXA (FEI公司,俄勒冈州,美国)进行EDXA。通过x射线和带有超超薄窗口的x射线探测器,在20 kV电压下采集光谱30-40 s。Pb含量以重量百分比(Wt%)计算(即某种元素的重量(或质量)浓度相对于总元素重量(或质量)的百分比)。

统计分析

每个处理15株,重复5次,以达到统计学效度。采用SPSS v17.0 (SPSS Inc., Illinois, USA)和sigmapplot v8.0 (Systat Software Inc., San Jose, CA)对结果进行分析。数据以均数±标准误差(SE)表示。应用单向方差分析(ANOVA)来确定处理之间的差异。在这种情况下p< 0.05,认为结果有统计学意义。

数据和材料的可用性

本研究中使用和/或分析的数据集可根据合理要求从通讯作者处获得。

缩写

铅:

引领

icp - aes:

电感耦合等离子体原子发射光谱法

TF:

易位因子

供应量:

生物浓缩因子

PI:

Propidium碘化

扫描电镜:

扫描电子显微镜

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致谢

感谢LetPub (www.letpub.com),以便在准备这篇手稿时提供语言上的帮助。

资金

本项目由中国自然科学基金(No. 31901184)和天津师范大学博士基金(No. 52XB1914)资助。资助机构支持了这项研究、数据分析和撰写手稿。

作者信息

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作者

贡献

WX参与了植物栽培、实验操作和材料收集。YJ参与了数据分析,并帮助起草了手稿。XS进行资料收集。JZ设计了这项研究并起草了手稿。所有作者均已阅读并同意此稿件。

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薛,W,蒋,Y,尚,X。et al。铅积累和定位的早期反应特征柳树babylonical .根源。BMC植物生物学20.296(2020)。https://doi.org/10.1186/s12870-020-02500-6

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  • 能量色散x射线分析
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